Programma definitivo e bibliografia del corso di Superconduttività con applicazioni (a.a. 2012/13).
SSD FIS/03

Si suggerisce di fare riferimento anche ai lucidi delle lezioni, ove impiegati, e alle note fornite, per integrare la bibliografia. Si veda la pagina principale del corso per i link.
I lucidi e le note non sostituiscono la bibliografia consigliata.

La valutazione finale si basa su:
• Homework svolti durante il corso (in assenza, un esame scritto su esercizi riguardanti argomenti del corso).
• Esposizione orale di uno degli argomenti di cui al punto 8 del programma, basandosi sui lucidi e uno o più articoli di rassegna o approfondimento (da richiedere con anticipo).
• Colloquio orale su uno degli argomenti o gruppi di argomenti del programma seguenti: (1+3), 4, (3+5), (6+7) del programma.
In ogni caso i contenuti di tutto il corso devono essere conosciuti: durante il colloquio possono ovviamente emergere domande sul resto del programma.
1 Fondamenti e complementi.
1.1 Resistenza nulla, correnti persistenti, considerazioni sullo stato elettronico. [BK] 1.1, 1.4 (pp.40-43).
1.2 Applicazione: Persistent Current Switch. [IW] 7.8 oppure dispensa distribuita a lezione
1.3 Effetto Meissner, diamagnetismo perfetto. Superconduttore e perfetto conduttore. [EH] 10.1.2; [FS] 1.3; [BK] 1.2.
1.4 Superconduttori di tipo I e II. Campi critici. [FS] 1.4; [EH] 10.1.3; [BK] 1.2.
1.5 Richiami di magnetismo, vettori B, H, M, condizioni al contorno, suscettività. Un qualunque testo di Fisica Generale II
1.7 Fattori di demagnetizzazione. [JG] 1a, slides 35-44; 1b, slides 5-6; [FS] 1.7
1.8 Cenni allo stato intermedio.  [BK] 4.6.4 (pp.221-223)
1.9 Potenziale vettore. Momento canonico. Equazione di Schrödinger. [OD] 5.3, 5.4; oppure dispensa distribuita a lezione
1.10 Cenno all'effetto Aharonov-Bohm. [IL]; oppure dispensa distribuita a lezione
1.11 Quantizzazione del flussoide. [EH] 10.4.1; [BK] 1.3; 1.4
1.12 II e I Equazione dei London. Penetrazione del campo B. [BK] 1.4; [OD] 5.4, 5.5; oppure dispensa distribuita a lezione

2 Materiali superconduttori.
2.1 Generalità. [FS] 2.1; [BK] 2.1
2.2 Elementi. [FS] 2.2.1; [BK] 2.2
2.3 Leghe, composti binari. [FS] 2.2.2; 2.8; [BK] 2.3.1; 2.3.2
2.4 Cuprati. [FS] 2.6.1; 2.6.2; 2.6.4; [BK] 2.8.1
2.5 Altri superconduttori. [FS] 2.3; 2.4; 2.5; [BK] 2.4; 2.5; 2.6; 2.8.2; 2.9. (lettura)
Per il livello di approfondimento richiesto si suggerisce di seguire i lucidi.
Si suggerisce comunque la lettura degli interi capitoli FS] cap.2; [BK] cap. 2.

3 Cenni alla teoria microscopica.
3.1 Richiami: elettroni di cristallo (sfera di Fermi, funzione di distribuzione di Fermi); fononi (legge di dispersione, frequenza di Debye)
3.2 Coppie di Cooper: discussione qualitativa. [BK] 3.1.1; [EH] 10.3.1 (si ometta la discussione della Eq. (10.62), e dalla (10.65) fino alla (10.75))
3.3 Coppie di Cooper. Lunghezza di coerenza BCS. [EH] 10.3.1
3.4 Stato fondamentale BCS. Quasiparticelle. Effetti a temperatura non nulla. [BK] 3.1.2
3.5 Alcune evidenze sperimentali: effetto isotopico; assorbimento di radiazione elettromagnetica: la gap. [BK] 3.1.3.1; 3.1.3.2 (parte); [EH] 10.3.5 (parte)
3.6 Corrente di depairing. [EH] 10.3.7

4 Effetto Josephson.
4.1 Effetto Josephson (derivazione di Feynmann). [FS] 5.1.2, [EH] 10.4.2
4.2 Modello RCSJ. [FS] 11.1.2; [GM] 3.2.1
4.3 Effetto Josephson ac comandato in tensione e in corrente. Shapiro steps. [GM] 3.3.3 (i conti dello sviluppo in funzioni di Bessel si possono trascurare); [BK] 6.3
4.4 Applicazione: standard di tensione. [BK] 7.7.1; [GM] 6.2. Per il livello di approfondimento richiesto si suggerisce di seguire i lucidi.
4.5 SQUID: Effetto del campo magnetico: corrente critica e interferenza quantistica. Caso di schermaggio debole. [BK] 1.5.2 (fino p.60); [GM] 4.1.1; 4.1.2
 4.6 SQUID: applicazioni. [GM] 4.1.3; 4.1.4. [FS] 11.1.5, 11.2. Per il livello di approfondimento richiesto si suggerisce di seguire i lucidi.

5 Proprietà di trasporto.
5.1 Modello a due fluidi. [FS] 11.3; [BK] 7.5.1
5.2 Conducibilità ac. [FS] 11.3; [BK] 7.5.1
5.3 Impedenza superficiale. [FS] 11.3; [BK] 7.5.1
5.4 Applicazioni: linee di ritardo; filtri; cavità acceleratrici. [FS] 11.4.1; [BK] 7.5.2; 7.5.3.

6 Termodinamica dello stato superconduttivo.
6.1 Termodinamica. Energia libera di Gibbs. Energia di condensazione. [FS] 1.6
6.2 Teoria di Ginzburg-Landau. Lunghezze caratteristiche. [EH] par. 10.2.4; [BK] 4.4; 4.5
6.3 Energia superficiale: superconduttori di tipo II. [EH] par. 10.2.4

7 Peculiarità dei superconduttori di Tipo II.
7.1 Generalità. Flussoni. Reticolo di Abrikosov. Struttura dei vortici o flussoni. Campi critici inferiore e superiore. [BK] 4.7 fino a p.237; 4.7.2 fino a p. 245; [FS] 1.5; 7.4
7.2 Forza di Lorentz. Campo elettrico di flussoni in moto. [dispensa disponibile sul sito]
7.3 Pinning. Foza di pinning e corrente critica di depinning. [FS] 8.1
7.4 Irreversibilità. Modello di Bean. [FS] 8.2
7.5 Resistività flussonica: regimi di flux-flow, flux-creep, TAFF. [FS] 8.3; 8.4

8 Ulteriori argomenti e applicazioni [lucidi dei seminari disponibili sul sito del corso, articoli distribuiti su richiesta]
8.1 Superconduttori anisotropi. (seminario prof. Pompeo)
8.2 Levitazione magnetica, applicazioni. (seminari proff. Silva, Pompeo)
8.3 Magneti superconduttori per il progetto di fusione nucleare ITER. (seminario dott. Muzzi)
8.4 Fabbricazione e caratterizzazione di cavi superconduttori di alta potenza. (seminario dott. Muzzi)
8.5 Superconduttori ad alta Tc: materiali, processi e applicazioni di potenza. (seminari dott. Augieri, Celentano)



Bibliografia:

Di ogni argomento vengono indicati i riferimenti principali utilizzati nelle lezioni. Si suggerisce la lettura di tutte le fonti indicate.

I testi sono contrassegnati con:

(B) accessibili in biblioteca.
(A) scaricabili in formato elettronico, solo attraverso la rete di Ateneo.
(F) scaricabili in formato elettronico, liberamente.

Per i testi non contrassegnati, si è provveduto a distribuire in aula una dispensa alternativa.

[BK] (A) (acquisto in corso)
W. Buckel, R. Kleiner, "Superconductivity - Fundamentals and Applications", Wiley

[EH] (A)
C. Enss, S. Hunklinger, "Low-Temperature Physics", Springer

[FS] (A)
K. Fossheim, A. Sudbø, "Superconductivity - Physics and applications", John Wiley and Sons, Ltd.

[GM] (F)
R. Gross, A. Marx, Lecture Notes del corso di Applied Superconductivity al Walther-Meißner-Institute for Low Temperature Research.

[IL] (B)
H. Ibach, H. Lüth, "Solid State Physics", 4th edition, Springer.

[IW]
Iwasa, "Case Studies in Superconducting Magnets", 2nd Edition, Springer

[JG] (F)
J. Judy, I. Goldberg, corso di Introduzione al Magnetismo e ai Materiali Magnetici alla UCLA (Electrical Engineering); lezioni 1-parte1, 1-parte2.

[OD]
T.P. Orlando, K.A. Delin, "Foundations of Applied Superconductivity", Addison Wesley
si vedano anche le slide del corso "Applied Superconductivity" del MIT (Open CourseWare)

 [OPe] (A)
F. J. Owens, Ch. P. Poole, Jr., "Electromagnetic Absorption in the Copper Oxide Superconductors", Springer